[发明专利]一种等离子体光催化剂的合成方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其是一种等离子体光催化剂的合成方法及应用。

背景技术

能源紧缺与环境污染已经成为威胁可持续发展的世界性难题。随着我国社会经济的发展、人民生活质量日益提升，生态居住环境遭到不可恢复性的破坏，不可再生的化石能源不断消耗。因此，开发新型的可再生能源，改善中国的生态居住环境是我国当前的重要发展战略。研究人员相继发现半导体光催化材料能将太阳能转化为电能或化学能，为环境和能源问题的解决提供了一条新的有效途径，近年来，光催化技术的应用与探索成为了当今学术界的研究焦点之一。

研究发现半导体光催化材料在人工光合成方面具有潜在的应用价值，在可见光作用下能实现有机污染物，如芳香族化合物的羟基化反应、碳氢化合物的氧化反应、醇类化合物的氧化反应、烯烃的环氧化反应、含硝基的芳香化合物还原反应、CO₂还原产甲烷或甲醇等反应，为新型光催化材料的开发探索和应用推广开辟了一条崭新的途径。

但是，在光催化的基元过程中，光生电子空穴对在体相或者表相中的复合与扩散迁移过程是相互竞争的关系：从反应时间上看，光生电子空穴对的复合概率远高于其扩散迁移的概率，致使半导体光催化材料的量子效率偏低。因此，降低光生载流子复合几率、延长光生载流子的寿命，成为提高光催化活性重要途径之一，而如何高效引导光生载流子的转移、降低其复合几率，是光催化技术应用中亟待解决的主要问题。

另一方面，醛酮类等羰基化合物作为重要的有机中间体在化工过程中占有重要的地位，被广泛应用于香水、香料、医药及添加剂等领域。近年来，人们的环保意识逐渐增强，并逐渐摒弃了以往醇选择性氧化过程中采用传统的氧化剂，如重铬酸盐、高锰酸盐，这些氧化剂价格高，有毒，且无机盐废水难以处理，对环境造成严重污染，不符合当前“绿色化学”的要求。

由于环境中的有机污染物特别是芳香族有机物复杂多样，通过研究污染物的组成结构，根据其化学特征，如C-C、C-OH、C-O-C、C=O等化学键能量，通过调节催化反应的能量范围，开发出一种广谱、通用的催化剂将污染物进行高效降解，将有效降低有机污染物对环境的污染，同时获得高附加值产品。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种等离子体光催化剂的合成方法及应用，通过自主研发的合成方法合成高效光催化剂，并将其用于选择性氧化芳香醇为芳香醛，实现污染物的治理及资源化利用，消除环境和健康隐患。

本发明的技术方案：

一种等离子体光催化剂的合成方法包括如下步骤：

（1）将3.54 mL冰乙酸、0.35 mL去离子水和4.372 mL离子液体[Bmim][BF₄]相混合，构成反应溶液A；

（2）向反应溶液A中逐滴加入一定量的钛酸四丁酯，搅拌转速150RPM，直至混合液变成澄清透明状态；

（3）将上述澄清透明混合液体转移至70毫升特氟龙内衬水热反应釜中，随后放入微波消解仪中（MDS-6，上海新仪有限公司，中国），在180-220℃下反应200-280分钟；

（4）收集沉淀，用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，置于80℃烘箱（SX-G16103，天津中环电炉有限公司，中国）内干燥24小时，获得光催化剂载体。

（5）将10 mg上述光催化剂载体分散到装有40 mL 10%甲醇溶液的耐热玻璃杯中，随后添加适量的金属前驱液，并充入氩气后进行密封处理；

（6）用300W高压汞灯（PLS-SXE300，北京泊菲莱科技有限公司，中国）照射反应容器2小时；

（7）待混合液颜色由白色转变为稳定颜色后将沉淀物滤出，并在去离子水和无水乙醇中清洗三遍，置于80℃烘箱内烘干12小时，最后在马弗炉中将合成的催化剂以350℃煅烧5小时，获得等离子体光催化剂。

所述的钛酸四丁酯用量为，离子液体[Bmim][BF₄]：钛酸四丁酯=0.1-5 mol%。

所述的金属前驱液中为氯金酸、硝酸银、氯铂酸、氯化钯中的一种，且Au或Ag或Pt或Pd的负载量为催化剂量的2 wt%。

一种等离子体光催化剂的应用包括如下步骤：

（1）将10 mg上述光催化剂与0.1 mmol的芳香醇化合物加入到1.5 mL的三氟甲苯溶剂中，持续通入纯度为99.99%的氧气5min后，密封反应容器；

（2）用300W氙灯光源（PLS-SXE300，北京泊菲莱科技有限公司，中国）照射上述密封反应容器；